[发明专利]一种含有改性玄武岩纤维的胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含有改性玄武岩纤维的胶凝材料及其制备方法，所述胶凝材料包括水泥、固废骨料和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维的制备原料包括玄武岩纤维、凹凸棒石和硅烷偶联剂。所述制备方法包括：预处理玄武岩纤维，改性凹凸棒石，改性玄武岩纤维，制备所述胶凝材料。本发明提供的凹凸棒石表面修饰玄武岩纤维，显著提高了玄武岩纤维的表面粗糙度，增加玄武岩纤维的表面活性，改善玄武岩纤维在胶凝材料中界面性能，相比于常规的玄武岩纤维，其应用在胶凝材料中时，可大幅度提升材料的力学性能，提高材料韧性和强度。本发明处理工艺简单，成本低廉，产生的污染物较少，环保性高。

技术领域

本发明属于新型无机材料技术领域，具体涉一种含有改性玄武岩纤维的胶凝材料及其制备方法。

背景技术

玄武岩纤维是以玄武岩矿石为原料，通过熔融拉丝工艺制备得到的一种新型高性能无机纤维，其制造过程中无需任何添加剂，且无硼和其他碱金属氧化物排出，对环境无污染。此外，玄武岩纤维具有一系列优异的特性，如高比强度和比模量、优异的耐高温性能、耐腐蚀性能、低吸湿性能等。玄武岩纤维作为一种极具应用前景的新型高性能无机纤维，近年来得到了研究者的广泛关注，可以将其作为增强纤维制备水泥基复合材料。在无机纤维中，玄武岩纤维的优势主要体现在：一方面，可在部分技术上替代严重短缺且昂贵的碳纤维材料，且不产生与石棉相关的环境问题；另一方面，在很多方面都优于玻璃纤维，且与金属、塑料、无机非金属材料等有良好的兼容性。

玄武岩短切纤维通常被用作增强复合材料，然而，玄武岩纤维表面光滑，不利于其与基体材料粘结。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种含有改性玄武岩纤维的胶凝材料及其制备方法，第一方面，所述胶凝材料包括水泥、固废骨料和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维的制备原料包括玄武岩纤维、凹凸棒石和硅烷偶联剂。

本发明所述的胶凝材料利用改性玄武岩纤维代替现有技术中的玄武岩纤维，增强胶凝材料的抗折强度和抗压强度。本发明利用凹凸棒石独特的纤维状特征、较大的比表面积和良好的流变性特点，采用凹凸棒石表面修饰玄武岩纤维，显著增加玄武岩纤维的表面活性，改善玄武岩纤维在所述胶凝材料中界面性能，大幅度提升玄武岩纤维对所述胶凝材料的韧性的增强效果。

可选的，所述固废骨料选自铁尾矿、矿粉、粉煤灰、砂子或高炉渣中的一种或两种以上的组合。

可选的，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH570中的一种。

可选的，所述玄武岩纤维的长度为10-30mm。

可选的，所述凹凸棒石的粒径为260-460nm，优选为390-460nm。

传统的玄武岩纤维表面改性方法有等离子体处理法、表面涂层处理法、表面化学改性处理法等，但这些方法对玄武岩纤维表面粗糙度的提升幅度有限，不能很好的解决玄武岩纤维表面过于光滑，在胶凝材料中界面性能不足的缺点。新兴的碳纳米管表面修饰法，可以增加玄武岩纤维与其基体之间的界面的相互作用，使层间剪切力增强，但碳纳米管等纳米碳材料价格昂贵，不利于压缩成本从而实现规模化生产。

凹凸棒石具有层链状晶体结构和纤维状形貌，所述改性玄武岩纤维的表面即具有凹凸棒石上述独特的形貌特征，能改善由于玄武岩纤维表面过于光滑造成的界面性能差、力学性能低等问题。另外，本发明特异性地选择凹凸棒石作为改性原料，凹凸棒石为无机矿物，与玄武岩纤维以及所述胶凝材料的各组分相容性较好；凹凸棒石有强吸水性，且在水中崩散，其悬浮液即使遇到电介质也不絮凝沉淀，因此凹凸棒石在反应介质中表现出优异的分散性，其改性的玄武岩纤维的分散性也随之提高，有利于所述改性玄武岩纤维在所述胶凝材料中分散均匀，整体提高所述胶凝材料的强度。凹凸棒石的引入还能够增强所述胶凝材料的除臭、杀菌性能。